Grafeno impermeable a todos los gases y líquidos, puede permitir que los protones pasen a través de él, Los investigadores de la Universidad de Manchester han encontrado.

Publicado en la revista Naturaleza , El descubrimiento podría revolucionar las pilas de combustible y otras tecnologías basadas en hidrógeno, ya que requieren una barrera que solo permita el paso de los protones (átomos de hidrógeno despojados de sus electrones).

Además, Las membranas de grafeno podrían usarse para tamizar el gas hidrógeno de la atmósfera, donde está presente en cantidades diminutas, creando la posibilidad de generadores eléctricos alimentados por aire.

Grafeno de material de un átomo de espesor, aislado y explorado por primera vez en 2004 por un equipo de la Universidad de Manchester, es conocido por sus propiedades de barrera, que tiene una serie de usos en aplicaciones tales como revestimientos a prueba de corrosión y envases impermeables.

Por ejemplo, tomaría la vida del universo para el hidrógeno, el más pequeño de todos los átomos, para perforar una monocapa de grafeno.

Ahora, un grupo dirigido por Sir Andre Geim probó si los protones también son repelidos por el grafeno. Esperaban plenamente que los protones fueran bloqueados, como la teoría existente predijo tan poca permeación de protones como para el hidrógeno.

A pesar del pronóstico pesimista, los investigadores encontraron que los protones atraviesan los cristales ultradelgados con una facilidad sorprendente, especialmente a temperaturas elevadas y si las películas estuvieran cubiertas con nanopartículas catalíticas como platino.

El descubrimiento produce monocapas de grafeno, y su material hermano nitruro de boro, atractivo para posibles usos como membranas conductoras de protones, que están en el corazón de la tecnología moderna de pilas de combustible. Las pilas de combustible utilizan oxígeno e hidrógeno como combustible y convierten la energía química de entrada directamente en electricidad. Sin membranas que permitan un flujo exclusivo de protones pero impidan el paso de otras especies, esta tecnología no existiría.

A pesar de estar bien establecido, La tecnología de pilas de combustible requiere más mejoras para que se utilice más ampliamente. Uno de los principales problemas es un cruce de combustible a través de las membranas de protones existentes, lo que reduce su eficiencia y durabilidad.

La investigación de la Universidad de Manchester sugiere que el uso de grafeno o nitruro de boro monocapa puede permitir que las membranas existentes se vuelvan más delgadas y más eficientes. con menos cruce de combustible y envenenamiento. Esto puede impulsar la competitividad de las pilas de combustible.

El grupo de Manchester también demostró que sus membranas de un átomo de espesor se pueden utilizar para extraer hidrógeno de una atmósfera húmeda. Ellos plantean la hipótesis de que dicha recolección se puede combinar con celdas de combustible para crear un generador eléctrico móvil que se alimenta simplemente con el hidrógeno presente en el aire.

Marcelo Lozada-Hidalgo, estudiante de doctorado y autor correspondiente de este artículo, dijo:"Cuando sepa cómo debería funcionar, es una configuración muy simple. Pones un gas que contiene hidrógeno en un lado, aplique una pequeña corriente eléctrica y recoja hidrógeno puro en el otro lado. Luego, este hidrógeno se puede quemar en una pila de combustible.

"Trabajamos con membranas pequeñas, y el flujo de hidrógeno logrado es, por supuesto, pequeño hasta ahora. Pero esta es la etapa inicial del descubrimiento, y el documento tiene como objetivo concienciar a los expertos de las perspectivas existentes. Construir y probar cosechadoras de hidrógeno requerirá mucho más esfuerzo ".

Dr. Sheng Hu, investigadora postdoctoral y primera autora de este trabajo, agregó:"Parece extremadamente simple e igualmente prometedor. Debido a que el grafeno se puede producir estos días en hojas de metros cuadrados, esperamos que llegue a las pilas de combustible comerciales más temprano que tarde ".